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压铸模具设计要点 |
一.压铸模具的材料 压铸模最广泛使用的材料是H13,SKD61,8407等，但由于压铸件的大型化其所需的模具也向大型发展，为了抑止模具的淬火变型和裂纹，需开发提高韧性的低变形急速冷却技术，提高模具材料的韧性水平。提高压铸的生产效率和降低成本需高循环周期运行，高循环运行与过去的模具相比由于冷却不足而加大了热负荷，使模具的表面温度上升从而使热裂提早产生。由于内部冷却孔的增加和更接近型腔，内部冷却孔与型腔面的温差使拉张热应力负荷增大刚性降低，而易产生应力腐蚀裂，使水漏连结到型腔从而降低了模具寿命。因而需要开发比SKD6l更能提高寿命的新型材料。 DAC是与SKD61差不多的材料也广为使用，但其轫性要优于SKD61。为了更加提高其韧性而开发的DAC—S比DAC轫性提高了60％。为了评价压铸模材料的韧性水平，北美压铸协会(NADCA)设定了AISI H13(相当于SKD61)的夏氏冲击值，为了更加稳定模具寿命，又设定了更高品位等级的Prenium H13和Superion H13的夏氏冲击值。DAC—P相当于前者，DAC—S相当于后者。压铸模具的热裂对策需具有高温强度，一般来讲韧性与强度是相反的关系，DAC—P和DAC—S由于其高清净化和组织的致密化在室温和高温都与DAC有同等的强度，在20度的室温和600度的高温都比DAC有高0.2％的耐力。如前述要有比SKD61更高品位、大幅度提高寿命、高温强度和韧性都有较大提高的模具材料。作为压铸模高性能模具材料有：DACIO、DAC55、DAC45和最新开发ZHD435。DACI0：在600度温度区域有优越的强度和相当于DAC的韧性。适用于电器、通信机器用形状复朵精度高部件的精密压铸件。DAC45：在700度高温比其他材料有更高的强度，同时具有抵抗软化的特点，但与DAC相比韧性较差，在碎火冷却方面要特别注意。适用于中小尺寸的压铸模具。DAC55；其特点是韧性高，初期可提高硬度，是韧性和强度可均衡的材料，其使用寿命比SKD6l要高1.4倍。可适用于汽车的缸体、缸盖和驱动系统的部件。 ZHD435。具有与DAC55同样的轫性并可用于大型部件，比DAC55有更高的高温强度，在热裂和寿命上比DAC55更为有利。
二、压铸模的机械加工。 压铸模的加工是保证质量降低成本的重要方面，采用CAD／CAM／CAE的生产系统、五轴加工机、最新的刃具等加工模具，使模具质量和生产效率在不断进步。其动向有三个方面：以三维模型为基础的加工方法，用加工中心的切削加工代替电火花加工，孔加工自动化等三个方面。在三维模型方面，主要是模具设计彻底采用三维模型，NC数字编制的简易化，加工后质量保证系统的构筑等。电火花加工用加工中心来代替，主要原因是由于电极加工制作比切削加工要化更大的工作量，所以用电火花加工主要因为模具有肋条似的深沟形状，现在深沟形状也可能用切削加工来解决，从而使模具生产效率更加提高。孔加工的自动化：模具有很多各种各样的孔，大体上可分为深100mm以内但精度要求在H7～H8的浅孔和用于冷却和放气的100～600nun的深孔，但精度没有浅孔那样的要求。孔加工在模具加工中占用了很大一部分时间．再加上模具材质硬(HRC48程度)更给孔加工代来困难。在加工中心上采用品质工学的评价技求，是在研究孔加工条件基础上找到最好的目标，加工中心上采用的最佳的数据，其结果使表面粗糙度提高了1／3、孔径的偏差提高丁1／5、刃具的寿命提高了5倍以上。同时在曲面、斜面上的孔加工也实现了自动化。
三、压铸模的表面处理。 有扩散处理、涂层、氮化+涂层等几种方法。扩散处理法虽有各种商品名称，主要是N、C、S、0单独或复合扩散的氮化、软氮化、浸硫氮化、氧化、氮化+氧化处理等，有代表性的氮化处理时，形成化合物层(白层)其耐熔损性、耐过烧性、耐粘着性好，而耐裂性差。反之，无化合物层仅形成扩散层则耐热裂性好，而耐熔损性、耐过烧性、耐粘着性则差。最近扩散处理趋向，氧化处理或氮化+氧化复合处理为主流，适用于压铸模具的各种表面处理方法
1、扩散处理 氮化、软氮化浸硫氮化、氧氮化、氧化氮化＋氧化 1软氮化 2瓦斯氮化 3瓦斯软氮化 4瓦斯氧氮化 5离子氮化、等离子氮化 6过激氮化 7 INIX 8高真空瓦斯复合 9 EH 10板磷钠石
2、涂层 PVD CVD TD TiN TiCH TiAIN CrN TiN TiCH TiC AL2O3 VC
3、氮化＋涂层 氮化＋PVD 低温＋TD TiN TiCH TiC TiAIN CrN Cr (CN)
4、扩散处理＋涂层 PCVD 扩散处理：N、C、B、O 涂层：l-Si-B-C-N-O
涂层有PVD法、CVD法和TD工艺方法。由硬质皮膜被覆法形成的陶磁涂层膜，有优良的耐溶损性、耐过烧性、耐粘着性，但耐热裂则很少有改善。这样的硬质皮膜被覆法中CVD法和TD工艺方法在膜的密着上更好，但在处理上要1000度高温模具容易产生变形和变寸。PVD法由于是低温处理可抑止模具变形变寸，但在膜的密着性上比CVD法要差。氮化+涂层，其代表性方法是氮化+PVD法。在氮化炉中仅形成氮化的扩散层，取出后在另外的PVD装置中进行模具各种涂层的方式。这样的氮化+PVD其最表层膜具有耐溶损性、耐过烧性、耐粘着性，氮扩散层则具有耐热裂性。但PVD法形成的膜在适用于复杂形状的模具时有一定范围的界限。 (氮化+氧化)复合处理。压铸模具的表面处理在世界范围的倾向，由过去的氮化、浸硫氮化处理向应用氧化处理发展。由于与氮化处理形成的铁的氮化物相比，高温稳定性高的铁的氧化物，应用于压铸模更能发挥其在溶损、过烧、粘着方面的效果。(氮化+氧化)复合处理可在一个装置中连续处理，时间可大幅度缩短。另外，在可控气氛中处理可形成没有氮化扩散层的化合物层的连续氧化处理，可以提高耐溶损性、耐过烧性、耐粘着性和耐热裂性。等离子CVD法(PCVD)。原料全用的是气体，由于是等离子化学反应形成的膜，是低温的密着性和致密性优良的皮膜，可以很好的覆盖复杂的产品。另外，PCVD法可不破损真空一次工程在一个装置内将氮化等的扩散硬化处理+硬质皮膜的所谓复合处理简单的作成。因而PCVD可面向三维立体形状物的压铸模具的处理。含硼气体系统的PCVD作成新的硼扩散处理(硼化)含硼皮膜，例如：TiB、TiBN、TiBCN、TiAIBN、TiAIBCN0、TiAISiBCN0、BN、BCN等各种硬质膜。如TiAIBN膜有4000Hv以上的硬度，被称之谓超高级涂层。选择不同元素的组合，可得到过去所没有的高度的耐磨性、耐氧化性、脱模性、润滑性从而使适应各种不同要求的压铸模具性能有飞跃的提高。现己应用的实例有：手机部件的镁合金压铸模具，过去使用脱模剂，使用三万次左右就要因为腐蚀而需焊接修补，而且因使用脱模剂飞散的烟雾污染了环境，由于飞边毛刺使制品难以保持精度。用PCVD法氮化扩散硬化层+TiN／TiAN／TiAISiCN0多层膜应用于该模具后，完全不用脱模剂，可压铸用30万次，延长了模具寿命、改善了环境、抑制飞边毛刺的产生、缩短了压铸节拍、提高了生产效率。像机部件的成型，过去每次都涂脱模剂，熔液流动性差、产生皱皮、使制品加工出现问题、次废品率高。此模具用氮化扩散硬化层+TiN／TiAIN／TiAISiCNO多层膜后，脱模剂用量只有过去的1／8以下、改善了流动性、不再出现皱皮、加工出漂亮的制品，并因而减少了消耗，提高了生产效率。汽车部件的成型，过去使用脱模剂大量喷雾成形，约6万次就要焊接修补，而且铸造缺陷多、不良率高。采用氮化扩散硬化层+TiN／TiAIN／TiAISiCNO多层膜后，脱膜剂减少到1／2以下，铸造提高到12万次以上。不仅延长了模具寿命，而且抑止了铸造缺陷、降低了消耗，改善了生产环境。由于PCVD法复合处理效果，提高了耐热裂性、耐过烧性、耐粘着性。在铝压铸方面已有不用脱模剂，铸造在100万次以上的压铸模具。
四、压铸模具的寿命和热处理 压铸模寿命低的原因涉及很多因素，材料、加工、热处理、维护、修补等各种复杂的因素，都会对模具寿命产生影响。在铸造过程中模具的热疲劳现象是模具钢的韧性、延展性、裂纹进展速度等和材料的特性有关，操作过程产生机械的应力也是其起因。另一方面，溶损现象，由于模具材料和熔触金属的反应性和接触磨擦也有很大不同。反应形态也由于压铸金属种类(AI、Mg、Zn等)的不同而有差异。另外，在操作过程中模具的稳定性和提高寿命也与其维护修补技术有很大关系，如电加工变质层的改善、焊接条件的选择、变形的调正等。模具钢材的热处理，是有效的发挥材料的机能和性能非常重要的基础技术，热处理好坏其性能有显著的不同。再好的钢材没有适当的热处理，模具在操作过程中会因而产生热裂、割裂、耐蚀性耐磨性降低等很多故障。近年来模具钢的热处理多采用真空气体加压型热处理炉，主要是由于可改善操作环境、可对模具进行光亮热处理、冷却时有高的加压力、可制造大型热处理炉等。真空加压气体冷却方式，历来的水淬火、油淬火、聚合物淬火、盐浴淬火等，近年来可大体上达到同样的冷却速度，也可以作到软点少的处理。近年来随同模具的大型化，开发了提高淬火性能的大型模具用的钢种。大型模具的热处理由于表层同中心部位的冷却速度有很大的不同，不均衡的热处理而产生变形、变寸、割裂等问题。因而在冷却过程中控制好内外温度差别是非常重要的，再好的钢种，不稳定的热处理是难以发挥其特性的。北美压铸协会对压铸模的材料、热处理的质量要求、制定了标准，其主要项目有：1、材料成分2、硬度(退火、淬火－回火处理)3、材料的清洁度(由ASTM、A－681、Sec6来判定)4、超音波探伤试验(内部缺陷检查)5、冲击试验(轫性、延展性判定)6、结晶粒度7、微偏析8、退火组织等。各国、各地区、供应商、生产企业埘模具用钢材、模具加工、热处理等各各方面都能这样有统一的认以，对提高压铸模的质量和生产是有好处的。
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